JP2010151878A

JP2010151878A - 光ビーム分岐装置および露光装置

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Publication number: JP2010151878A
Application number: JP2008327015A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Furuya; 祥雄古谷
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-07-08

Abstract

【課題】光源からの光ビームを等しい光量比に分割する分岐光学装置を、簡易かつ安価に、性能を低下させることなく実現する。
【解決手段】光源１０ａから照射された基本光ビームＢL0を、分割比が１：１のビームスプリッタ（２等分割ビームスプリッタ）のツリー状の２段配置によって４等分割する。また全反射ミラー７０を設けて各サブ光ビームの方向を平行にするとともに、全反射ミラー７０の位置を調整することによって、各サブ光ビームＢL1〜ＢL4の光路間で光路長を等しくする。２基の光分岐部２０Ｌ、２０Ｒを並列的に使用することによって、２本の基本光ビームＢL0、ＢR0から８本のサブ光ビームＢL1〜ＢL4、ＢR1〜ＢR4を得ることができるが、２等分割ビームスプリッタを３段配置すれば、１本の基本光ビームから８本のサブ光ビームを得ることもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチビーム光学系において使用される分岐光学装置およびそれを用いた露光装置に関する。

液晶表示装置用ガラス基板などの精密電子装置用基板に塗布された感光剤の層（感光層）を光学的に走査することによって、所定のパターンを当該感光層に描画する露光装置が知られている。そして、このような露光装置においては、露光効率を上げるために、複数の光ビームで並列的な走査を行うマルチビーム光学系が使用される。

また、他の分野においてもマルチビーム光学系が使用されており、特許文献１にそのような例が示されている。

このようなマルチビーム光学系においては、光源から出射される１本あるいは小数の光ビーム（以下「基本光ビーム」とも呼ぶ）を複数のサブ光ビームに分割する分岐光学系（分岐光学装置）を用いることによって光源の数を少なくすることが好ましく、そのような分岐光学装置では、分岐後のサブ光ビーム間の性能にばらつきがないように基本光ビームを等しく分割することが要求される。

そこで、たとえば１本の基本光ビームを４本のサブビームに分割するにあたって、従来は、図８に示すように、入射光を等しい光量比に分割する分岐光学系として、「透過率：反射率」の比（以下、分割比と呼ぶ）の値がそれぞれ、１：１，２：１，３：１である３種類のビームスプリッタＢＳａ，ＢＳｂ，ＢＳｃと、全反射ミラーＭＲとを用いている。

特開２００３−１０３３９０号公報

ところがこのような従来の装置では、光ビームの分岐数の増大に伴って使用するビームスプリッタの種類が多くなる。図８の例では４本のサブ光ビームを得るために３種類のビームスプリッタが使用されているが、一般に、Ｍ本のサブ光ビームを得るためには（Ｍ−１）種類のビームスプリッタを準備せねばならない。

また、図８に示す従来技術の構成では、分岐後のサブ光ビームの光路長が光路ごとに異なっている。このように光路長が異なる場合、光路間でサブ光ビームの広がり量の差が生じるために、光ビームの状態が変化し、結果として各光路間でサブ光ビームの性能差が発生する。従って、光ビーム分岐装置の性能が低下することになる。

本発明は上記課題を鑑みなされたものであり、光源からの光ビームを等しい光量比に分割する光ビーム分岐装置を、簡易かつ安価に実現することを第１の目的とする。

また、この発明の第２の目的は、前記第１の目的を達成しつつ、さらに、各サブ光ビーム間の性能差を生じさせないことを第２の目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は基本光ビームを互いに同一の光量を持つＭ本（Ｍは４以上の整数）のサブ光ビームに分岐させる光分岐部を備えた光ビーム分岐装置であって、前記光分岐部が、前記基本光ビームを前記Ｍ本のサブ光ビームに分割するビームスプリッタ群と、前記ビームスプリッタ群に付随して設けられ、前記Ｍ本のサブ光ビームの進行方向を整合させる全反射面群と、を備え、前記ビームスプリッタ群は、分割比が１：１の２分割ビームスプリッタの多段配置を含んでおり、前記Ｍ本のサブ光ビームのうち少なくとも２のＮ乗（Ｎは２以上の整数）の本数からなるサブ光ビームは、前記多段配置に入射する１本の光ビームを前記多段配置で等分割することによって得られることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光ビーム分岐装置であって、Ｍは２のＮ乗であり、前記多段配置は、２の０乗個の２分割ビームスプリッタからなる第１段と、２の１乗個の２分割ビームスプリッタからなる第２段と、・・・２の（Ｎ−１）乗個の２分割ビームスプリッタからなる第Ｎ段と、の組み合わせからなり、すべてのサブ光ビームが、前記多段配置に入射する前記１本の基本光ビームを前記多段配置で等分割することによって得られることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の光ビーム分岐装置であって、前記ビームスプリッタ群は、異なる段数の２分割ビームスプリッタからなる複数の多段配置を含み、前記Ｍ本のサブ光ビームからなる集合のうち、２の累乗本ごとにまとめられた複数の部分集合が、前記複数の多段配置のそれぞれによって生成されることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光ビーム分岐装置であって、前記全反射面群が、各サブ光ビームの光路長を相互に等しくする位置に配置された複数のミラーを含むことを特徴とする。

また、請求項５の発明は、露光装置であって、基本光ビームを生成する光源と、前記基本光ビームを、互いに同一の光量を持つＭ本（Ｍは４以上の整数）のサブ光ビームに分岐させる光分岐部を備えた、請求項１ないし４のいずれかに記載の前記光ビーム分岐装置と、前記Ｍ本のサブ光ビームと露光対象物とを相対的に移動させることにより、所定の変調信号によって変調された後の前記Ｍ本のサブ光ビームによって前記露光対象物を走査する走査手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１ないし３及び５の発明によれば、分割比が１：１である１種類のビームスプリッタのみ、または、他の種類のビームスプリッタと併用する場合であっても、比較的少ない種類のビームスプリッタと併用することによって、光ビームの等分割が可能である。

従って、従来よりも使用するビームスプリッタの種類を削減することができ、光ビーム分岐装置の製造時、もしくは光ビーム分岐装置を搭載した露光装置の製造時におけるコストを削減することができる。

また、特に請求項４の発明によれば、分割された後のサブ光ビームについて光路長を等しくするため、サブ光ビームの広がり量に差が生じることを抑えることができる。従って、各光路間でサブ光ビームの性能差が発生することを防ぐことができる。

＜１．基板露光装置＞
図２はこの発明の第１の実施形態に係る光ビーム分岐装置２０を搭載した基板露光装置１の斜視図である。この図２において、図示および説明の都合上、Ｚ軸方向が鉛直方向を表し、ＸＹ平面が水平面を表すものと定義するが、それらは位置関係を把握するために便宜上定義するものであって、以下に説明する各方向を限定するものではない。以下の各図においても同様である。

図２に示す基板露光装置１は、感光剤が塗布された基板Ｓ（たとえばレジスト層が形成された液晶表示装置用ガラス基板）の表面に露光パターンを形成するための装置であり、基板Ｓは移動ステージ部５０によって（＋Ｙ）方向から（−Ｙ）方向に向けて水平搬送される。基板露光装置１は、光源１０、光路折り返し部１５、光ビーム分岐装置２０、変調素子４０（図１参照）そして縮小投影光学部３０から構成される露光光学部と、露光対象である基板Ｓを載置し、露光面を上にした基板Ｓを露光光学部に対して相対的に移動させる上記移動ステージ部５０と、露光光学部への露光データ（露光パターン信号）の供給を制御する装置制御部９０（図３参照）とを備えている。

一対の光源１０（１０ａ，１０ｂ）のそれぞれから出射した１本ずつの光ビーム（基本光ビーム）は（−Ｙ）方向に進行する。それらの光ビームは互いの光量が等しくなるように光源１０ａ，１０ｂが調整されている。これらの光源１０は、長手方向がＺ方向と平行な略直方体である光路折り返し部１５の一端と連結されており、この連結部に内蔵された複数の反射面により、光源１０から照射された光ビームは進行方向を変えて、光路折り返し部１５内を進行した後、光源１０よりも上位置に設置された光ビーム分岐装置２０に入射する。

＜２．光ビーム分岐装置および制御系＞
図１は光ビーム分岐装置２０の詳細図である。ただし、この図１では、図示の便宜上、光ビーム分岐装置２０に入射するまでの光路に設置されている既述した複数の反射面は、反射面群ＰＲとしてシンボル的に表現されている。この光ビーム分岐装置２０は、２基の光分岐部、すなわち第１の光分岐部２０Ｌと第２の光分岐部２０Ｒとを鏡面対象に組合せた構成となっている。それぞれの光分岐部２０Ｌ（２０Ｒ）は、１本の基本光ビームＢL0（ＢR0）から４本のサブ光ビームＢL1〜ＢL4（ＢR1〜ＢR1）を生成するマルチビーム光学系となっている。また、第１と第２の光分岐部２０Ｌ，２０Ｒを組み合わせた光ビーム分岐装置２０の全体としても、２本の基本光ビームＢL0、ＢR0から８本のサブ光ビームＢL1〜ＢL4、ＢR1〜ＢR4を生成するマルチビーム光学系となっている。

したがって、この実施形態の基板露光装置１では、光ビーム分岐装置２０を用いることにより、合計８本のサブ光ビームＢL1〜ＢL4、ＢR1〜ＢR4による基板Ｓの並列的な走査露光を行うことができる。第１と第２の光分岐部２０Ｌ，２０Ｒは光学的には等価であり、それらが異なるのは、露光すべきパターンに応じて供給される露光データだけである。このため、以下では双方を一括して説明するが、第１の光分岐部２０Ｌのみについて説明してある事項については、第２の光分岐部２０Ｒについても同様に適用される。

光源１０ａから第１の光分岐部２０Ｌに入射した１本の基本光ビームＢL0は、分割比が１：１である３枚のビームスプリッタ６０（６１，６２ａ，６２ｂ）によって４等分割されて中間光ビームＢ11〜Ｂ12、Ｂ21〜Ｂ24となった後、６枚の全反射ミラー７０（７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３，７４）のうち対応する１枚あるいは２枚の全反射ミラーで反射されることによって４本のサブ光ビームＢL1〜ＢL4に変換される。これらのビームスプリッタ群を構成するビームスプリッタ６０のそれぞれは、同一の光学特性を有する１種類のハーフミラーによって構成されることが好ましい。全反射ミラー群を構成する各全反射ミラーは、通常の光学ミラーを使用可能である。

なお、光分岐部２０Ｌ，２０Ｒの詳細については後述する。また、以下では分割比が１：１であるビームスプリッタ６０を「２等分割ビームスプリッタ」とも呼ぶ。

このようにして得られたサブ光ビームＢL1〜ＢL4は、各光路に設置された変調素子４０に向かうように進行方向が互いに平行に整合している。そして、それぞれの変調素子４０で、サブ光ビームＢL1〜ＢL4はそれぞれの露光データによるＯＮ／ＯＦＦ変調を受けるとともに、（＋Ｚ）方向にその進行方向を変える。図１における変調素子４０から下の図示領域では、図の下方向が（＋Ｚ）方向となるように描かれている。

（＋Ｚ）方向に進行方向を変えた各サブ光ビームＢL1〜ＢL4のそれぞれは、縮小投影光学部３０を通過して、移動ステージ部５０上に載置された基板Ｓに照射される。既述したように、２基の４分岐型の光分岐部２０Ｌ，２０Ｒを用いることで、合計８ヘッドの縮小投影光学部３０にサブ光ビームＢL1〜ＢL4、ＢR1〜ＢR4を供給することが可能である。使用する光源１０の数は、必要とされる１ヘッドあたりにおける基板Ｓの露光面でのパワーと、分岐数と、光源１０のパワーと、各ヘッドの光路（光源から露光面まで）のパワー効率とにより決定される。露光の際に、供給される露光データ（変調信号）に応じて変調素子４０において光ビームのＯＮとＯＦＦおよび中間調の変調が行われ、それに同期して、移動ステージ部５０がＸ方向およびＹ方向へ交互に移動することで、基板Ｓ上の露光位置を変化させつつ、基板Ｓを走査露光する。

図３は装置制御部９０の機能構成を示す図である。露光データ（ＣＡＤデータ）がＣＡＭ用ＬＡＮを通して、ＲＩＰ作成部９１に送られ、この露光データが基板露光装置１用の露光パターン信号、すなわち画素ごとの２値もしくは多値信号へと変換（ＲＩＰ展開）される。

変換された露光パターンのデータは装置内ＬＡＮを通してデータストレージ部９３に送られる。データストレージ部９３に送られた露光パターンに対しての露光量、露光枚数等の露光条件が製造管理システム（ＭＥＳ）からシステム制御部９２に送信され、装置内ＬＡＮを介して露光ヘッド制御部９４および露光位置制御部９５に制御信号が送られる。これらの各制御部から基板露光装置１の露光光学部へ露光データおよび制御信号が与えられ、移動ステージ部５０に載置された基板Ｓ上への露光が行われる。

＜３．光分岐部の詳細＞
図１の第１の光分岐部２０Ｌ（第２の光分岐部２０Ｒでも同様）において、光源１０ａから得られた基本光ビームＢL0は、１段目に設置された２等分割ビームスプリッタ６１に最初に入射する。このビームスプリッタ６１によって光源１０ａからの基本光ビームは２分割され、互いに等しい光量を持つ２本の中間光ビームＢ11，Ｂ12となる。

●中間光ビームＢ11：
中間光ビームＢ11，Ｂ12のうち、ビームスプリッタ６１での反射成分に相当する中間光ビームＢ11は（−Ｙ）方向に進行し、２段目の２等分割ビームスプリッタ６２ａによってさらに２等分割されて２本の中間光ビームＢ21，Ｂ22となる。

これらのうち、ビームスプリッタ６２ａの透過成分からなる中間光ビームＢ21は、互いに９０度の角度をなして配置させた一対の全反射ミラー７１ａ，７１ｂによってその進行方向を１８０度転換されることにより、基準方向としての（＋Ｙ）方向に進行するサブ光ビームＢL1となる。

また、ビームスプリッタ６２ａの反射成分からなる中間光ビームＢ22は、全反射ミラー７３によってその進行方向を９０度転換されることにより、基準方向に進行するサブ光ビームＢL3となる。

●中間光ビームＢ12：
一方、ビームスプリッタ６１の透過成分からなる中間光ビームＢ12は、２段目の２等分割ビームスプリッタ６２ｂによってさらに２等分割され、互いに等しい光量を有する中間光ビームＢ23，Ｂ24となる。

これらのうち、ビームスプリッタ６２ｂでの反射成分に相当する中間光ビームＢ23は、互いに９０度の角度をなして配置させた一対の全反射ミラー７２ａ，７２ｂによってその進行方向を１８０度転換されることにより、基準方向に進行するサブ光ビームＢL2となる。

また、ビームスプリッタ６２ｂの透過成分からなる中間光ビームＢ24は、全反射ミラー７４によってその進行方向を９０度転換されることにより、基準方向に進行するサブ光ビームＢL4となる。

これらの構成により、サブ光ビームＢL1〜ＢL4のそれぞれは基本光ビームＢL0の光量の４分の１ずつの光量を持つことになる。すなわち、２等分割ビームスプリッタの多段配置（図１の例では２段配置）を用いることにより、基本光ビームＢL0を４等分割することが可能となる。

一方、全反射ミラー７０は中間光ビームＢ11〜Ｂ12、Ｂ21〜Ｂ24の方向を転換して、すべてが基準方向に進行する平行なサブ光ビームＢL1〜ＢL4を得るという方向整合手段としてだけではなく、サブ光ビームＢL1〜ＢL4の一部を迂回させることにより、それぞれの光路長を等しくする光路長整合手段としても機能している。

２つのビームスプリッタ６１，６２ａを透過した成分から得られるサブ光ビームＢL4の光路長を基準長として、他のサブ光ビームＢL1〜ＢL3の光路長がこの基準長に一致するように、全反射ミラー７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７３のそれぞれのＸＹ面内での配置位置を決定することにより、このような光路長整合が実現される。

より具体的には、中間光ビームＢ21，Ｂ22，Ｂ23の迂回部の配置については以下の計算式を用いることが可能である。図１と同じ光学配置を示した図４において、サブ光ビームＢL1〜ＢL4のそれぞれの光路Ａ1〜Ａ4に関して、
光路Ａ1と光路Ａ2との間のＸ方向の間隔をＤ１、
光路Ａ2と光路Ａ3との間のＸ方向の間隔をＤ２、
光路Ａ3と光路Ａ4との間のＸ方向の間隔をＤ３、
全反射ミラー７１ａ（７１ｂ）と全反射ミラー７２ａ（７２ｂ）との間のＹ方向距離をＳ１、
ビームスプリッタ６２ａ（全反射ミラー７３）と全反射ミラー７２ａ（７２ｂ）との間のＹ方向距離をＳ２、
ビームスプリッタ６１，６２ａの間のＹ方向距離をＳ３、
とすると、距離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３はそれぞれ次の式１〜式３で決定される。

Ｓ１＝Ｄ１／２ (式１）
Ｓ２＝Ｄ２／２ (式２）
Ｓ３＝Ｄ３／２ (式３）
ただし、ここにおけるサブ光ビームＢL1〜ＢL4のそれぞれの光路長は、基本光ビームＢL0の光路上の１点（図中、白丸で示す）と、互いに平行となったサブ光ビームＢL1〜ＢL4のそれぞれの光路上の対応点（図中、黒丸で示す）との間の光学距離として定義している。

多くの場合、サブ光ビームＢL1〜ＢL4が等間隔に配列されるように構成するから、そのような場合には、
Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３ (式４）
であり、したがって、
Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３ (式５）
となる。

＜４．一般の分岐数への拡張＞
既述したように、図１に示す第１の実施形態では、それぞれの光源１０ａ，１０ｂからの基本光ビームＢL0，ＢR0の光量を等しくするとともに、Ｍ＝４の分岐光学系を並列的に２組使用することによって、等しい光量を持った８本のサブ光ビームを生成する８分岐系を実現している。しかしながら、この発明はＭ＝４の場合のみではなく、Ｍが４以上の整数であれば他の場合にも適用可能であって、以下ではその一般原理と具体例について説明する。

＜４−１．Ｍが２の累乗である場合＞
１本の基本光ビームがＭ本のサブ光ビームに分岐されるにあたって、Ｍが２の累乗の値である場合、つまり、
Ｍ＝２^N （ただしＮは２以上の整数） (式６）
である場合には、光ビームを分割するためのビームスプリッタとして、分割比が１：１である１種類のみを、（分岐数−１）枚つまり（Ｍ−１）枚使用し、それをツリー型に多段配置（Ｎ段配置）することで、基本光ビームを２のＮ乗本に等分割することができる。

すなわち、
1) １段目の１個のビームスプリッタで、１本の基本光ビームを２等分割して２本の中間光ビーム（光量１／２ずつ）を生成し、
2) ２段目の２個のビームスプリッタで上記２本の中間光ビームのそれぞれを２等分割して、合計４本の中間光ビーム（光量１／４ずつ）を生成し、
3) ３段目の４個のビームスプリッタで上記４本の中間光ビームのそれぞれを２等分割して、合計８本の中間光ビーム（光量１／８ずつ）を生成する、
…
という構成をとることによって、Ｍ本のサブ光ビーム（光量は（１／Ｍ）ずつ）を得ることができる。

換言すれば、Ｍが２のＮ乗である場合、２等分割ビームスプリッタの多段配置は、
1) ２の０乗個の２等分割ビームスプリッタからなる第１段と、
2) ２の１乗個の２等分割ビームスプリッタからなる第２段と、
・・・
N) ２の（Ｎ−１）乗個の２等分割ビームスプリッタからなる第Ｎ段と、
の組み合わせで構成される。すなわち、２のｉ乗個の２等分割ビームスプリッタが第（ｉ＋１）段（ただしｉは０から（Ｎ−１）までの整数）設置されることで構成される。

必要なビームスプリッタの数は、
１＋２＋４＋…＋（Ｍ／２）＝Ｍ−１＝２^N−１ (式７）
の条件式から、
２⁰＋２¹＋２²＋…＋２^N-1
＝２^N−１ (式８）
個となる。

各サブ光ビームの進行方向と光路長とを整合させるための全反射ミラーとしては、図１の例のように１段目のビームスプリッタに入射する基本光ビームの進行方向と、各サブ光ビームの進行方向とが９０度異なる場合には、
1) 最終段の２^N-1個のビームスプリッタのそれぞれの透過成分からなる２^N-1本のサブ光ビームにつき、方向を１８０度転換するために２枚ずつ、
2) 最終段の２^N-1個のビームスプリッタのそれぞれの反射成分からなる２^N-1本のサブ光ビームにつき、方向を９０度転換するために１枚ずつ、
の合計で、
２^N-1×２＋２^N-1
＝２^N＋２^N-1 (式９）
枚の全反射ミラーを使用する。

既述した図１の光分岐部２０Ｌ、２０ＲのそれぞれがＭ＝４、Ｎ＝２の場合に相当し、上記の各条件を満足することは容易に確認できる。すなわち、使用する２等分割ビームスプリッタの数は（２²−１）＝３個であり、使用する全反射ミラーは（２²＋２¹）＝６枚である。

また、Ｍ＝４、Ｎ＝２の場合であっても、他の光学配置をとることもできる。図５は、この発明の第２の実施形態として、図１とは異なる配置を採用した４分岐の光分岐部２１Ａを備えた光ビーム分岐装置２１を示している。

図１に示す第１の実施形態との相違点は、２段目のビームスプリッタ６２ａ，６２ｂの位置をそれぞれ（−Ｙ）方向および（−Ｘ）方向にずらせ、２番目のサブ光ビームＢL2の９０度の方向転換を１枚の全反射ミラー７２のみで行うとともに、３番目のサブ光ビームＢL3の１８０度の方向転換を２枚の全反射ミラー７３ａ，７３ｂを用いて行っている点である。この例の場合でも、使用する２等分割ビームスプリッタの数は３個であり、使用する全反射ミラーは６枚である。

このように、Ｍ本のサブ光ビームのそれぞれは、２等分割ビームスプリッタをＮ回経由する光路で得ることが可能であり、２等分割ビームスプリッタおよび全反射ミラーの設置位置には自由度がある。

分岐数Ｍの値が４以外の例として、図６に示す光ビーム分岐装置２２の光分岐部２２Ａのように、１本の基本光ビームＢ0を８分岐（Ｍ＝８、Ｎ＝３）させて８本のサブ光ビームＢ1〜Ｂ8を得る場合は、２等分割ビームスプリッタ６０（６１，６２ａ，６２ｂ，６３ａ〜６３ｄ）が３段配置の合計で７個（２³−１＝７）、全反射ミラー７０は計１２枚（２³＋２²＝８＋４＝１２）が使用される。

また隣接するサブ光ビームについて、それらが最後に反射した全反射ミラー７０の間のＹ方向距離が、それらのサブ光ビームのＸ方向の間隔の１／２になるように、各全反射ミラー７０の位置を決定することにより、それぞれの光路長を整合させることができる。

一般的に、２のＮ乗本に光ビームを分岐する際の迂回部の全反射ミラー７０の配置については以下の計算方法を用いる。各光路で最後に通過する全反射ミラー７０により折り返された後の光路Ａtと光路Ａ(t+1)との間の、Ｘ方向間の間隔をＤｔとし、その間隔Ｄｔに対応する全反射ミラー７０のＹ方向間の距離をＳｔとする。ただし、ｔは１以上（Ｍ−１）以下の値である。このとき、Ｙ方向におけるＳｔの式は次式で定める。

Ｓt＝Ｄt／２（式１０）
これは基本光ビームが２の累乗数のサブ光ビームに分岐される場合であるなら、分岐数の値によらず、常に成立する。ビームスプリッタ６０、全反射ミラー７０のＸ方向の配置は、隣接する光路に重ならない位置であれば、任意の位置で構わない。

以上のように、基本光ビームを２の累乗本に分岐する場合であれば、必要なビームスプリッタの種類は分割比が１：１の１種類でよいため、従来と比較して光ビーム分岐装置の製造、もしくは光ビーム分岐装置を搭載した基板露光装置の製造コストを抑えることができる。さらには各光路において迂回部を用いて光路長を調節できるため、光路長を等しくすることができ、各光路間においてビーム性能差がない光ビーム分岐装置を実現することができる。

＜４−２．Ｍが２の累乗でない場合＞
次に、光源からの基本光ビームをＭ本のサブ光ビームに分岐する際に、Ｍが２の累乗の値でない場合について説明する。

一般に、２以上の任意の整数Ｍは、１０進数を２進数で表現する場合と同様の考え方で、２の累乗の和として、数１に示す式のように展開することが可能である。

ただし、このときの係数ａ(0)、ａ(1)、・・・ａ(N−1)のそれぞれは「０」または「１」である。

係数ａ(0)、ａ(1)、・・・ａ(N−1)のすべてが「０」であるときには、Ｍがちょうど２のＮ乗となっている場合に相当するから、Ｍが２の累乗でない場合には、係数ａ(0)、ａ(1)、・・・ａ(N−1)のうち少なくとも１つは「１」である。

たとえばＭ＝７の場合には、
Ｎ＝２、ａ(0)＝１、ａ(1)＝１（式１２）
であって、
７＝２²＋２¹＋２⁰ （式１３）
のように展開される。このように、必要とされる分岐数Ｍが２の累乗の値でない場合のビームスプリッタの配置構成は以下のように行う。

まず最初に、Ｍよりも小さい範囲で最大の２の累乗の値Ｕ＝２^Nを用いて、分割比が（Ｍ−Ｕ）：Ｕのビームスプリッタを１段目に設置して光ビームの分割を行う。Ｍ＝７の場合は、Ｕ＝２²＝４であるため、（Ｍ−Ｕ）：Ｕ＝３：４となる。

この（Ｍ−Ｕ）の値が２の累乗でない場合はさらに（Ｍ−Ｕ）の値よりも小さい範囲で最大の２の累乗の値Ｓ（Ｍ＝７の場合は、Ｓ＝２¹＝２）を使って同じ操作を繰り返す。つまり、分割比が（Ｍ−Ｕ−Ｓ）：Ｓとなっているビームスプリッタ（Ｍ＝７の場合は、分割比が１：２となっているビームスプリッタ）を、１段目で分岐された中間光ビームのうち、２の累乗の値Ｕで分割されなかった光路、つまり（Ｍ−Ｕ）の値で分割された光路に設置して、さらに中間光ビームの分割を行う。

このように、Ｍよりも小さい範囲で大きな順に２の累乗の値をとり、それらの値ごとに部分集合を作るように光ビームを分割していき、最終的には、分割比の両方の値が２の累乗の値になるまで、この操作を行う。Ｍが奇数の場合には２⁰＝１が最後のものとなる。

このように、２の累乗の値に分割されたサブ光ビームの部分集合それぞれに、第１の実施形態で記載したような、２等分割ビームスプリッタをツリー状に多段配置させることにより、サブ光ビームの光量比が等しくなるように分割する。

具体例として、図７に７分岐の光ビーム分岐装置２３における光分岐部２３Ａを示す。この図７のビームスプリッタのうち「＊」印を付したものは、分割比が１：１ではないビームスプリッタであり、「＊」印を付していないものは、２等分割ビームスプリッタである。この場合、既述したように、「７」を構成する２の累乗の値のうち最大の値は４である。そこで、分割比が３：４であるビームスプリッタ６１ｕを基本光ビームＢ0が入射する１段目に設置する。この１段目のビームスプリッタ６１ｕで反射した成分は、基本光ビームＢ0の７分の４の光量比を持つ中間光ビームＢａとなる。また、この１段目のビームスプリッタ６１ｕを透過した成分は、基本光ビームＢ0の７分の３の光量比を持つ中間光ビームＢｂとなる。「３」は２の累乗である「２」をさらに含んでいるため、中間光ビームＢｂが入射する２段目のビームスプリッタとしては、分割比が１：２であるビームスプリッタ６２ｕを設置する。「１」は２の０乗の値であるため、分割比１：２は両方の値が２の累乗の値である。これによって中間光ビームＢｃ，Ｂｄが得られる。

このように分割されて得られた中間光ビームＢａ，Ｂｃ，Ｂｄの光量比は、基本光ビームＢ0の光量を４：２：１に分割したものとなる。この比の各要素はいずれも２の累乗の値であるため、さらに後段のそれぞれの部分について「Ｍが２の累乗である場合」について説明した光学配置を用いることができる。すなわち光量比４に分割されたビームスプリッタ６１ｕの反射光に相当する中間光ビームＢａであれば、分割比が１：１のビームスプリッタ６０を２段配置で計３枚、光量比２に分割されたビームスプリッタ６２ｕの反射光である中間光ビームＢｃあれば、分割比が１：１のビームスプリッタ６０を１段配置で計１枚用いて、それぞれの部分集合ごとにサブ光ビームを等分割する。光量比１に分割された光路を進む中間光ビームＢｄについては、ビームスプリッタを用いて分割する必要はない。このようにして、７等分割された光量を持つサブ光ビームＢ１〜Ｂ７を得ることができる。

すなわち、ビームスプリッタの多段配置として、異なる段数の２分割ビームスプリッタからなる複数の多段配置を組み合わせることによって、Ｍ本のサブ光ビームからなる集合のうち、２の累乗本ごとにまとめられた複数の部分集合が、複数の多段配置のそれぞれによって生成されることになる。

このとき、上記の７分岐の例においては、分割比が（Ｍ−Ｕ）：Ｕ、つまり３：４であるビームスプリッタを１段目に使用しているが、分割比がＵ：（Ｍ−Ｕ）、つまり４：３であるビームスプリッタを使用しても構わない。つまり、分割比における透過率の値と反射率の値とのうち、どちらが分割本数Ｍより小さい２の累乗の値であっても構わない。これは、２の累乗ではない値で分割された光路に設置されたビームスプリッタ、つまり分割比が１：１ではないビームスプリッタにおいては常にあてはまる。

また、光ビームは、２の累乗の値ごとに分割を行って、部分集合をつくるが、その際に分割していく順番については、分割本数であるＭの値よりも小さい２の累乗の値であるならば、どの値で分割をはじめても構わない。ただし、Ｍの値が偶数の場合であれば、２の０乗である１以外の値で分割を行ったほうが、使用するビームスプリッタの種類はより少なくすることができる。

光路長については第１の実施の形態と同様に、等光量比に分割された後の光路において、全反射ミラーを用いて迂回部を設ける。迂回部の配置は、Ｙ方向については、式１０に従う。Ｘ方向のビームスプリッタや全反射ミラーの配置は、隣接する光路に重ならない任意の位置で構わない。迂回部があることによって、分岐前の光路上の点（白丸）から分岐後の光路上の基準点（黒丸）までの各光路長は互いに等しくなる。

このように、光ビームをＭ本に分割する際に、Ｍの値が２の累乗の値でない場合であっても、Ｍを構成する２の累乗の値ごとに光ビームを分割することで、それらの部分集合ごとに２等分割ビームスプリッタを多段配置させて光量比を等分割することができる。分割比が１：１ではないビームスプリッタも併用するが、その種類は図８に示した従来技術を適用した場合と比較して少ない。これにより、使用するビームスプリッタの種類を従来よりも少なくすることができるため、これらを用いる光ビーム分岐装置、さらには光ビーム分岐装置を搭載する露光装置の製造コストを抑えることができる。また、等光量比に分割された光ビームは全反射ミラーを用いて迂回部を設置し、光路を調節することで、それぞれの光路長を等しくすることができるため、ビーム広がり量において差が生じず、ビーム性能差が発生することを抑えることができる。

＜５．変形例＞
ビームスプリッタとしては、ミラー型のビームスプリッタのほか、各次数の回折光に分割する回折型ビームスプリッタや、光導波路型ビームスプリッタを用いてもよい。もっとも、ミラー型ビームスプリッタ（分割比１：１の場合はハーフミラー）は、ガラス基板上に透過率、反射率を制御するための誘電体多層膜等をコートしたものであり、比較的単純な構造である。そのため設計の自由度が高く、市販品も多いので、ミラー型ビームスプリッタ分岐光学系の構成が容易に実現可能である。

全反射ミラーのかわりにプリズムや回折素子などを使用して中間光ビームの反射を行わせてもよく、光学的な全反射面の機能を提供する種々の光学素子を利用できる。

この発明は、基板へのパターン露光装置だけでなく、印刷技術において感光シートに画像描画を行う露光装置など、複数の光ビームを使用する種々の露光装置に組み込んで使用可能である。

この発明の実施形態の光ビーム分岐装置の詳細図である。図１の装置を組み込んだ基板露光装置の斜視図である。図２の装置の装置制御系を示す図である。４分岐の光ビーム分岐装置のＸＹ配置図である。４分岐の光ビーム分岐装置の他の構成例におけるＸＹ配置図である。８分岐の光ビーム分岐装置の構成例におけるＸＹ配置図である。７分岐の光ビーム分岐装置の構成例におけるＸＹ配置図である。従来技術による４分岐光学系の構成例におけるＸＹ配置図である。

符号の説明

１基板露光装置
１０，１０ａ，１０ｂ光源
１５光路折り返し部
２０〜２３光ビーム分岐装置
２０Ｌ，２０Ｒ，２１Ａ〜２３Ａ光分岐部
３０縮小投影光学部
４０変調素子
５０移動ステージ部
６０，６１，６１ａ〜６３ａ，６３ａ〜６３ｄ２等分割ビームスプリッタ
６１ｕ，６２ｕ，ＢＳａ〜ＢＳｃ分割比が１：１ではないビームスプリッタ
７０〜７４，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，ＭＲ全反射ミラー
Ｓ基板（露光対象物）

Claims

基本光ビームを互いに同一の光量を持つＭ本（Ｍは４以上の整数）のサブ光ビームに分岐させる光分岐部を備えた光ビーム分岐装置であって、
前記光分岐部が、
前記基本光ビームを前記Ｍ本のサブ光ビームに分割するビームスプリッタ群と、
前記ビームスプリッタ群に付随して設けられ、前記Ｍ本のサブ光ビームの進行方向を整合させる全反射面群と、
を備え、
前記ビームスプリッタ群は、分割比が１：１の２分割ビームスプリッタの多段配置を含んでおり、
前記Ｍ本のサブ光ビームのうち少なくとも２のＮ乗（Ｎは２以上の整数）の本数からなるサブ光ビームは、前記多段配置に入射する１本の光ビームを前記多段配置で等分割することによって得られることを特徴とする光ビーム分岐装置。
請求項１に記載の光ビーム分岐装置であって、
Ｍは２のＮ乗であり、前記多段配置は、
２の０乗個の２分割ビームスプリッタからなる第１段と、
２の１乗個の２分割ビームスプリッタからなる第２段と、
・・・
２の（Ｎ−１）乗個の２分割ビームスプリッタからなる第Ｎ段と、
の組み合わせからなり、
すべてのサブ光ビームが、前記多段配置に入射する前記１本の基本光ビームを前記多段配置で等分割することによって得られることを特徴とする光ビーム分岐装置。
請求項１に記載の光ビーム分岐装置であって、
前記ビームスプリッタ群は、異なる段数の２分割ビームスプリッタからなる複数の多段配置を含み、
前記Ｍ本のサブ光ビームからなる集合のうち、２の累乗本ごとにまとめられた複数の部分集合が、前記複数の多段配置のそれぞれによって生成されることを特徴とする光ビーム分岐装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の光ビーム分岐装置であって、
前記全反射面群が、
各サブ光ビームの光路長を相互に等しくする位置に配置された複数のミラーを含むことを特徴とする光ビーム分岐装置。
基本光ビームを生成する光源と、
前記基本光ビームを、互いに同一の光量を持つＭ本（Ｍは４以上の整数）のサブ光ビームに分岐させる光分岐部を備えた、請求項１ないし４のいずれかに記載の前記光ビーム分岐装置と、
前記Ｍ本のサブ光ビームと露光対象物とを相対的に移動させることにより、所定の変調信号によって変調された後の前記Ｍ本のサブ光ビームによって前記露光対象物を走査する走査手段と、
を備えることを特徴とする露光装置。